Robottiauto

Question: Miten tilastotiedettä käytetään liikenteessä?


Automatisoitu auto, usein myös itseohjautuva auto tai robottiauto, on auto, joka on kokonaan tietokoneen ohjaama ja pystyy ympäristöään havainnoimalla ajamaan ja navigoimaan itsenäisesti.
Tietokone tekee ajoneuvon ohjaamisen vaatimat päätökset antureilla kerättävän tiedon avulla. Antureina käytetään mm. kameroita, kiihtyvyysantureita, mikrofoneja ja lidar-sensoreita, joiden avulla auto havaitsee muut tielläliikkujat ja osaa tarvittaessa reagoida myös yllättäviin tilanteisiin. Lisäksi tietokone käyttää paikannusjärjestelmää (GPS) ja 3D-mallia, jossa on auton navigointiin tarvittava reaaliaikainen maantieteellinen data.
Robottiautolla tarkoitetaan viisitasoisessa luokituksessa tason 5 autoa, jolla tarkoitetaan täysin autonomiseen liikkumiseen kykenevää ajoneuvoa.[1][2]
Robottiautojen hyötyinä on säästää ammattiliikenteen kuljetuskustannuksista korvaamalla kuljettaja ja saada ajoneuvo ympärivuorokautiseen ajoon. Robottiautojen avulla on mahdollista vähentää liikenneonnettomuuksia, jotka johtuvat ihmisen ajovirheestä tai muusta inhimillisestä. Robottiautot saattavat vähentää liikenteen polttoaineenkulutusta ja hiilidioksidipäästöjä. Myös vanhukset, lapset ja vammaiset pystyvät käyttämään robottiautoja.
Yleistä
Autonomisten autojen potentiaalisina hyötyinä listataan usein vähentyneet infrastruktuuri- ja kuljetuskustannukset sekä parempi turvallisuus ja liikennerikkomusten vähentyminen. Saavutettavista hyödyistä huolimatta autonomisiin ajoneuvoihin liittyy useita haasteita esimerkiksi teknologian, lainsäädännön, turvallisuuden ja yksityisyyden suojan osalta. Robottiautojen ei tarvitse olla täydellisiä auton ohjaamisessa, vaan riittää että kyetään ihmistä parempaan suoritukseen. Esimerkiksi Yhdysvalloissa vuonna 2017 kuoli yli 40000 ihmistä liikenneonnettomuuksissa ihmisten ohjaamina[3].
Robottiauton älystä huolehtii supertietokonetta vastaava laskentateho. Kehityksessä aluksi käytettiin tavallisia suorittimia (CPU), mutta pian huomattiin näytönohjainten eli erillisten grafiikkapiirien (GPU) laskentatehon soveltuvan paremmin robottiautojen tarpeisiin. Esimerkiksi näytönohjainvalmistajana tunnettu Nvidia kehittää laskentapiirejä robottiautojen supertietokoneiksi.
Pegasus-piiri kykenee 320 triljoonaan laskuoperaatioon sekunnissa, mikä mahdollistaa tason viisi autonomisen ajamisen. Piiriä aletaan toimittaa autonvalmistajille vuonna 2018.[4]
Robottiautojen kehityksessä pitkällä ovat Googlen emoyhtiön Alphabetin omistama Waymo, sähköautojen valmistaja Tesla, General Motors[5], Lyft[6] ja Uberille autoja toimittva Volvo[7].
Kaikki robottiautot eivät ole sähköautoja. Autonvalmistaja Fordin mukaan robottiautoja on järkevämpää rakentaa hybridiautoista kuin sähköautoista. Tämä liittyy siihen, että hybridiauto ei ole poissa liikenteestä sähköauton latausaikojen verran. Hybridiautoa pystytään pitämään ajossa 20 tuntia vuorokaudessa. Hybridiauto ei myöskään kärsi sähköauton tavoin kylmästä säästä, joka lyhentää sähköauton ajomatkaa.[8] Toinen syy siihen miksi robottiautoja rakennetaan hybridiautoista on se, että autonomiseen ajoon tarvittava tekninen järjestelmä kuluttaa runsaasti sähköä, 2-4 kilowattituntia, mikä vastaa 50-100 kannettavan tietokoneen sähkönkulutusta. Tämä rasite heikentää sähköauton akunkestoa.[9]
Robottiautojen yleistymiseen liittyy yhteiskäyttöautojen suosion kasvu. Tämä liittyy siihen, että autot ovat 95 prosenttia[10] ajasta pysäköityinä eivätkä ajossa. Autojen käyttöastetta on siis mahdollista nostaa tekemällä liikkuvuudesta palvelu. Toisaalta tämä tarkoittaa sitä, että uusia autoja ei enää myydä yhtä paljon ja autokanta pienenee[11]. Autokannan pienentymisellä on puolestaan vaikutuksia liikennemääriin, sillä suuri osa kaupungin kaduilla ajavista kiertää kortteleita etsien pysäköintipaikkaa sekä pienentynyt pysäköintitarve mahdollistaa pysäköintialueiden muuttamisen esimerkiksi puistoiksi[12].
Historia
Testiradoilla itseohjautuvia autoja on esitelty jo 1960-luvulla, jolloin Englannin Berkshiressa demonstroitiin tekniikkaa käyttäen muun muassa hydraulisesti kontrolloitavaa Citroën DS autoa. Testiradan tiehen oli upotettu kaapeli, jonka auton edessä ja takana olevat sensorit pystyivät havaitsemaan. Auto kulki luotettavasti lähes 130 km/h nopeudella myös lumisella ja jäisellä kelillä. Automaattinen ohjaus todettiin testeissä ihmiskuskia tarkemmaksi. Tekniikassa oli ongelmansa, sillä autoa ei saatu esimerkiksi vaihtamaan kaistaa.[13][14]
1980-luvulla itseohjautuvat autot osasivat jo liikkua normaaleilla teillä. Esimerkiksi Saksassa Ernst Dickmannsin tutkimusrymä rakensi auton, joka pystyi kulkemaan 96 km/h nopeudella, kun tiellä ei ollut muuta liikennettä.[15] 1990-luvun loppupuolella tekniikka kehittyi useissa tutkimusprojekteissa tasolle, jolla itseohjautuvilla autoilla voitiin ajaa moottoriteillä muun liikenteen seassa ilman ihmisen apua.[16]
Autonomisia ajoneuvoja olivat myös vuonna 2004 Marsiin laskeutuneet mönkijäluotaimet Spirit ja Opportunity, jotka kulkivat osan matkastaan Mars-planeetan pinnalla automaattisesti ja osan osittain kauko-ohjatusti.
Nykytilanne ja tulevaisuuden näkymät
Useilla suurilla valmistajilla on itseohjautuvia autoja testi- ja kehitysvaiheissa.
Monet yritykset, kuten General Motors, Volkswagen, Audi, BMW, Volvo ja Google, ovat alkaneet testata autonomisia autoja. Osa testeistä on tapahtunut yleisillä teillä ihmisen valvonnassa siten, että auton matkustajalla on ollut mahdollisuus puuttua auton toimintaan. Autonomisia autoja kehittävistä yhtiöistä vain osa on sellaisia autoyhtiöitä, jotka tähtäävät alunperinkin autonomisiksi tehtyjen autojen suunnitteluun. Ainakin yksi yhtiö tähtää autonomisuuden jälkiasentamiseen olemassa oleviin automalleihin. 
Maailmalla
Yhdysvaltain osavaltio Nevada hyväksyi kesäkuussa 2011 lain itseohjautuvien autojen käytöstä.[17][18][19] Laki tuli voimaan Nevadassa 1. maaliskuuta 2012.[20] Laissa vaaditaan, että auton sisällä on oltava kaksi henkilöä, joista toinen istuu ratin takana, ja toinen seuraa tietokoneen näytöltä auton etenemistä. Auton ottaminen hallintaan onnistuu jarruttamalla tai ohjauspyörää koskettamalla.[21] Myös Kaliforniassa on tehty lakiehdotus itseohjautuvien autojen sallimiseksi.[22]
Alueet, joilla saa jo jollain tavalla käyttää robottiautoja julkisilla teillä:[23]
Nevada, Yhdysvallat
Florida, Yhdysvallat
Kalifornia, Yhdysvallat
Michigan, Yhdysvallat
Singapore
Lähes kaikilla alueilla maailmassa tarvitaan lakimuutoksia autonomisten autojen käyttöönottamiseksi yleisessä liikenteessä. Nevadan edustajainhuone USA:ssa otti ensimmäisenä kantaa asiaan ja hyväksyi kuskittomat autot vuonna 2011. Kalifornian osavaltiossa vastaava laki hyväksyttiin vuonna 2012. Ihmisen on kuitenkin kaiken varalta istuttava kuljettajan paikalla valvomassa auton toimintaa.[24]
Vuonna 2013 automatisoitujen autojen testikäyttö oli sallittua useissa Yhdysvaltojen osavaltioissa. Lisäksi Singaporessa on sallittu kokonaan autonomisten joukkoliikennevälineiden liikkua liikenteen seassa.[25]
Autonomisilla autoilla on ajettu muun liikenteen joukossa yhteensä jo noin miljoona testikilometriä ilman ainuttakaan auton aiheuttamaa onnettomuutta.[25]
Suomessa
Liikenne- ja viestintäministeriön aloitti vuonna 2013 tieliikennelain kokonaisuudistuksen valmistelun, jonka tarkoituksena oli mahdollistaa ilman kuljettajaa liikkuvat robottiautot rajatulla alueella ja aikanaan yleisessä tieliikenteessä. Tässä yhteydessä huomattiin, että laki vahingossa jo salli robottiautot, koska ajoneuvon määritelmästä puuttuu sana kuljettaja.[26][27] Vantaan asuntomessuilla kesällä 2015 vieraat ovat voineet kulkea pienten automaattibussien kyydissä.[27]
Sovelto-yrityksen käynnistämän Suomi 2.0 -ohjelman osana useiden suurien kaupunkien, Sitran sekä liikenne- ja viestintäministeriön asiantuntijoiden johdolla pyritään edistämään henkilö- ja tavaraliikenteen siirtymistä robottien ohjaukseen ja kaksinkertaistamaan henkilötyön keskimääräinen tuottavuus Suomessa vuoteen 2030 mennessä. Mahdollisiksi säästöiksi arvioidaan jopa 10 miljardia euroa vuoteen 2030 mennessä.[23] [28]
Eduskunnan tulevaisuusvaliokunta arvioi itseohjautuvien autojen tulevan sarjatuotantoon vuosien 2018–2020 välillä. Henkilöautojen automatisoituminen Suomessa toisi kyseisen tutkimuksen mukaan arviolta 10–20 miljardin euron säästöt vuodessa. Myös tavaraliikenteen automatisoinnilla saavutettaisiin merkittäviä säästöjä, sillä kymmenien tuhansien henkilötyövuosien vähennys ja kansalaisten arjessa säästämä aika nousisi helposti sataan miljoonaan tuntiin.[25] Muutos tulee olemaan suuri myös kotitalouksien rahankäytössä, sillä suuri osa suomalaisten kansallisvarallisuudesta on kiinni autoissa. Pelkästään henkilöautokannan kustannus on joka vuosi 20 miljardia euroa.[29]
Merkittävä yhteiskunnallinen keskustelu ja eduskunnan aloitteellisuus robottiautojen hyödyntämisessä ovat kuitenkin Suomessa puuttuneet. Selontekoa erityisesti robottiautojen merkityksestä ja mahdollisuuksista ei ole teetetty tai käsitelty eduskunnassa.
Tulevaisuuden ennusteet
IEEE:n asiantuntijajäsenet ovat arvioineet, että jopa 75 % kaikista ajoneuvoista ovat autonomisia vuoteen 2040 mennessä.[30]
Navigant Research ennustaa että autonomiset ajoneuvot tulevat asteittain saamaan suosiota markkinoilla seuraavien kahden vuosikymmenen aikana ja vuoteen 2035 mennessä autonomisten ajoneuvojen myynti saavuttaa 95,6 miljoonaa autoa vuosittain, joka on 75 % kaikkien kevytajoneuvojen myynnistä.[31]
ABI Research ennustaa aidosti itseään ajavien autojen olevan todellisuutta vuonna 2020. Ennusteen mukaan vuodesta 2032 eteenpäin joka vuosi 10 miljoonaa uutta täysin autonomista autoa otettaisiin käyttöön Yhdysvalloissa.[32]
PricewaterhouseCoopers ennustaa liikenneonnettomuuksien vähenevän 10-kertaisesti, kun Yhdysvaltain autokanta putoaa 245 miljoonasta vain 2,4 miljoonaan.[33]
KPMG LLP ja Center for Automotive Research (CAR) ennustavat parannuksia tuottavuuteen ja energiatehokkuuteen sekä liiketoimintamalleihin.[34]
Tekniikka
Robottiautojen tekniikka koostuu useista toisaan tukevista teknisistä ratkaisuista. Robottiautojen kehittäjien suunnitelmat poikkeavat kuitenkin toisistaan. Osa kehittäjistä suunnittelee autoja, jotka pystyvät toimimaan täysin itsenäisesti ja toisistaan riippumatta. Osalla puolestaan on suunnitelmissa hiihtohissiä muistuttavia keskusohjattuja järjestelmiä.[35]
Täysin autonomisista autoista esimerkiksi Googlen autossa tärkein anturi on katolle sijoitettu pyörivä lidar-anturi, joka muodosta 360 asteen kuvan ympäristöstä mittaamalla lähetettyjen laser-pulssien heijastuksia. Lisäksi voidaan käyttää esimerkiksi videokameraa havaitsemaan liikennevaloja ja nopeasti liikkuvia kohteita kuten pyöräilijöitä. Tutka-antureiden avulla auto voi seurata muuta liikennettä. GPS-paikannusta yhdistämällä erilaisiin liikkeentunnistusteknologioihin auto voi määrittää oman sijaintinsa hyvin tarkasti ja käyttää tietokannassa olevia kyseiseen paikkaan liittyviä tietoja liikennemerkeistä ja tiemerkinnöistä apuna ohjauspäätöksissään.[36]
Volvo puolestaan suunnittelee järjestelmää, jossa autot kulkisivat jonoissa, jonka ensimmäinen auto olisi esimerkiksi ammattukuljettajan ohjaama kuorma-auto. Muut autot voisivat liittyä tämän auton perään muodostuvaan jonoon, jonka jälkeen jälkeen auto seuraisi jonoa autonomisesti ilman, että kuljettajan tarvitsee sitä ohjata.[37]
Nykyteknologia asettaa rajoituksia autonomisille ajoneuvoille yleisessä liikenteessä. Esimerkiksi risteyksestä vasemmalle kääntyminen turvallisesti nopeasti liikkuvan liikenteen sekaan on todella haastavaa ottaen huomioon olemassa olevien sensoreiden mittaustarkkuuden ja mittausetäisyyden. Ihminen tekee nopeita päätöksiä intuitiivisesti, mikä on koneälylle vaikeaa.[35]
Hyödyt
Liikennekuolemien vähentyminen
Jos vuonna 2025 liikenteessä olevista autoista 10-20 prosenttia on robottiautoja, se voi säästää 30000-140000 henkeä vuodessa.[38] Tutkijoiden mukaan vuoteen 2050 mennessä robottiautot voivat pienentää liikennekuolemia 90 prosentilla.[39]
Kolareilta välttyminen
McKinsey & Companyn Bertoncello ja Wee arvioivat että kolareiden vähentyminen voi tuoda 190 miljardin dollarin vuosittaiset säästöt terveydenhoitomenoihin jotka liittyvät liikenneonnettomuuksiin.[40] Yhdysvalloissa autokolarit liittyvät 35 prosenttiin yksityisoikeuteen kuuluvista oikeudenkäynneistä, joita ei sitten enää tarvitse käydä samassa määrin[41]. Frost & Sullivanin mukaan vuonna 2030 tapahtuu robottiautojen ansiosta 14 prosenttia vähemmän kolareita, mikä pienentää autojen korjaustarvetta[42]. Vuonna 2010 Yhdysvalloissa kolareissa vahingoittui 24 miljoonaa ajoneuvoa, mikä vastasi 78 miljardin dollarin menetystä[43].
Polttoaineen säästyminen ja hiilidioksidipäästöt
Polttoaineenkulutus leikkaantuu 15-20 prosenttia ja hiilidioksidipäästöt voivat pienentyä 300 miljoonalla tonnilla.[38]
Liikkuvuutta rajoitteisille ihmisryhmille
Vanhuksille, vammaisille ja ihmisille joilla ei ole ajokorttia mukaan lukien lapset.[38]
Katso myös
DARPA Grand Challenge
Google driverless car
UAV
Vihivaunu
Lähteet
Viitteet

Aiheesta muualla
 Yle, 2018
Luokka:Miehittämättömät kulkuneuvot
Luokka:Autotekniikka
Luokka:Autot